基因表达调控-基本概念与原理ppt课件

1、 基基因因表表达达调调控控第第十十三三章章 第一节第一节根本概念与原理根本概念与原理 一、基因表达的概念一、基因表达的概念 基因组基因组 (genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。整套基因。基因表达基因表达 (gene expression)：在一定调理机制控制下，基因经过转录及在一定调理机制控制下，基因经过转录及 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 分子的过程。分子的过程。 二、基因表达的特性二、基因表达的特性( (一一) ) 时间特异性时间特异性按功能需求，某一特定基因的表达严按功能需求，某一

2、特定基因的表达严 格按特定的时间顺序发生。格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达表现为与分化、多细胞生物基因表达表现为与分化、 发育阶段一致的时间性，因此又称阶段发育阶段一致的时间性，因此又称阶段 特异性。特异性。 ( (二二) ) 空间特异性空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。在个体按不同组织空间顺序出现。这种空间分布差别，实践上是由细这种空间分布差别，实践上是由细胞在器官的分布决议的，因此又称为细胞在器官的分布决议的，因此又称为细胞或组织特异性。胞或组织特异性。 三、基因表达的方式三、基因表达的方式 (一一) 组成性表达组

3、成性表达 某些基因在一个生物个体的几乎一切某些基因在一个生物个体的几乎一切 细胞中继续表达，通常被称为管家基因细胞中继续表达，通常被称为管家基因 (house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很小，所由于这类基因表达变化很小，所 以又称为组成性表达。以又称为组成性表达。 (二二) 诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因在特定环境信号刺激下，相应的基因 被激活，基因表达产物添加，这种基因被激活，基因表达产物添加，这种基因 称为可诱导基因。称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达加强的可诱导基因在特定环境中表达加强的 过程称为诱导过程称为诱导(induc

4、tion)。 假设基因对环境信号应对时被抑制，假设基因对环境信号应对时被抑制， 这种基因是可阻遏基因。这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称可阻遏基因表达产物降低的过程称 为阻遏为阻遏(repression)。 在一定机制控制下，功能上相关在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表均需协调一致、共同表达，即为协调表达达(coordinate expression)。 这种调理称为协调调理这种调理称为协调调理(coordinate regulation)。 四、基因表达调控的生物学意义四、基因表

5、达调控的生物学意义 ( (一一) ) 顺应环境、维持生长和增殖顺应环境、维持生长和增殖生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 为了生存，一切活细胞都必需对外环境变化为了生存，一切活细胞都必需对外环境变化作出适当反响，调理代谢，以顺应环境变化。作出适当反响，调理代谢，以顺应环境变化。生物体顺应环境、调理代谢的才干与蛋白质生物体顺应环境、调理代谢的才干与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的程度又分子的生物学功能有关。而蛋白质的程度又受基因表达的调控。受基因表达的调控。 ( (二二) ) 维持个体发育与分化维持个体发育与分化多细胞生物调理基因的表达除为顺应环多

6、细胞生物调理基因的表达除为顺应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。功能。当某种基因缺陷或表达异常时，那么会出当某种基因缺陷或表达异常时，那么会出 现相应组织或器官的发育异常。现相应组织或器官的发育异常。 五、基因表达调控的根本原理五、基因表达调控的根本原理 ( (一一) ) 基因表达的多级调控基因表达的多级调控 基因激活基因激活转录起始转录起始转录后加工及转运转录后加工及转运翻译翻译翻译后加工翻译后加工 (二二) 基因转录激活调理根本要素基因转录激活调理根本要素 1. 特异特异DNA序列序列(1) 原核生物的支配子原核生物的支配子支配子支配子

7、(operon)：通常由：通常由2个以上的编码序个以上的编码序 列与启动序列、支配序列以及其他调理序列列与启动序列、支配序列以及其他调理序列 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。操纵序列启动序列其他调节序列编码序列 1) 启动序列启动子：是启动序列启动子：是RNA聚合聚合 酶结合并启动转录的特异酶结合并启动转录的特异DNA序列。序列。TTGACAN17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6ATTGATAN16TATAATN7ACTGACGN16TACTGTN6ATTTACATTTACAtrptRNATyrlacrec Aara

8、BAD区区3510转录起始共有序列TTGACATATAAT决定转录活性 2) 支配序列支配序列operator：是阻遏蛋白的结合位点是阻遏蛋白的结合位点 当支配序列结合有阻遏蛋白时，会妨碍当支配序列结合有阻遏蛋白时，会妨碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚聚 合酶不能沿合酶不能沿DNA向前挪动，妨碍转录。向前挪动，妨碍转录。启动序列 操纵序列编码序列阻遏蛋白RNA pol 3) 3) 其他调理序列：其他调理序列：有的特异有的特异DNADNA序列可结合激活蛋白，加强序列可结合激活蛋白，加强 RNARNA聚合酶活性，使转录激活。聚合酶活性，使转录激活。 (2)

9、真核生物的顺式作用元件真核生物的顺式作用元件 cis-acting element是指可影响本身基因表达活性的特异是指可影响本身基因表达活性的特异DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。强子及沉默子等。编码序列转录起始点AB 2. 2. 调理蛋白调理蛋白(1)(1)原核生物基因调理蛋白原核生物基因调理蛋白: :均为均为DNADNA结合蛋白结合蛋白特异因子：决议特异因子：决议RNARNA聚合酶对启动序列的特异聚合酶对启动序列的特异 性识别和结合才干。性识别和结合才干。阻遏蛋白：可结合支配序列，阻遏基因转录。阻遏蛋白：可结合支配序列，阻

10、遏基因转录。激活蛋白：可结合启动序列临近的激活蛋白：可结合启动序列临近的DNADNA序列，序列， 促进促进RNARNA聚合酶与启动序列的结合，聚合酶与启动序列的结合， 加强加强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。 (2) 真核生物基因调理蛋白真核生物基因调理蛋白 转录因子转录因子TF绝大多数真核转录调理因子由某一基因表绝大多数真核转录调理因子由某一基因表 达后，经过与特异的顺式作用元件相互作用，达后，经过与特异的顺式作用元件相互作用， 影响另一基因的转录，称为反式作用因子影响另一基因的转录，称为反式作用因子trans-acting factor。 有些真核调理蛋白可特异识别、结有些真核调理蛋白

11、可特异识别、结合本身基因的调理序列，调理本身基因合本身基因的调理序列，调理本身基因的开启或封锁，称为顺式作用蛋白。的开启或封锁，称为顺式作用蛋白。 aADNAmRNA蛋白质AbA反反式式调调节节CcCDNAmRNA蛋白质C顺顺式式调调节节 3. DNA蛋白质、蛋白质、 蛋白质蛋白质相互作用蛋白质蛋白质相互作用 DNA蛋白质相互作用蛋白质相互作用特异识别特异识别非共价结合非共价结合DNA结合位点常呈对称构造结合位点常呈对称构造蛋白质蛋白质相互作用蛋白质蛋白质相互作用构成二聚体或多聚体，间接结合构成二聚体或多聚体，间接结合DNA 4. RNA 4. RNA聚合酶聚合酶1 1启动子与启动子与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性 启动序列启动序列/ /启动子是由转录起始点、启动子是由转录起始点、RNARNA聚聚合酶结合位点及控制转录的调理合酶结合位点及控制转录的调理组件组成。组件组成。启动序列影响其与启动序列影响其与RNARNA聚合酶的亲聚合酶的亲和力，而亲和力大小那么直接影响转录和力，而亲和力大小那么直接影响转录起动